作用域（Scope）是指在程序中变量的可访问范围。在 Python 中，作用域决定了变量的生命周期以及它能在哪些地方被访问和修改。掌握 Python 中的作用域规则对于编写高效、清晰和维护性强的代码至关重要。
在这篇文章中，我们将详细介绍 Python 中的作用域，包括作用域的分类、作用域的查找规则、以及如何避免作用域相关的常见问题。
1. 什么是作用域？
作用域是指一个变量在程序中的可见范围，即你能在什么地方访问或修改该变量。Python 的作用域遵循“LEGB”规则，这是作用域查找顺序的简称，具体为：
- L（Local）：局部作用域，指的是函数或代码块内部定义的变量。
- E（Enclosing）：外层作用域，指的是嵌套函数中的外层函数的作用域。
- G（Global）：全局作用域，指的是整个文件中定义的变量。
- B（Built-in）：内置作用域，指的是 Python 内置模块和函数中定义的变量。
Python 在查找变量时会按这个顺序查找：首先查找局部作用域，如果没有找到，再查找外层作用域，依此类推，直到找到或抛出 NameError。
2. 作用域的分类
1. 局部作用域（Local Scope）
局部作用域是指函数内部定义的变量，只在该函数内部有效。局部变量在函数调用时创建，函数执行完毕后销毁。
def my_function():x = 10 # 局部变量print(x)my_function() # 输出：10
# print(x) # 会报错，因为 x 是局部变量，函数外部无法访问
2. 外层作用域（Enclosing Scope）
外层作用域是指嵌套函数中的外部函数作用域。如果在内部函数中引用了外部函数的变量，就会查找外层作用域。
def outer_function():x = 10 # 外层函数的变量def inner_function():print(x) # 引用外层函数的变量inner_function()outer_function() # 输出：10
3. 全局作用域（Global Scope）
全局作用域指的是在 Python 文件中的顶层定义的变量。全局变量在整个文件中都能访问，除非在函数内部使用 global 声明修改它们。
x = 10 # 全局变量def my_function():print(x) # 可以访问全局变量my_function() # 输出：10
4. 内置作用域（Built-in Scope）
内置作用域包含 Python 提供的所有内置函数和异常等，任何程序都可以访问这些内置对象，如 print()、len()、open() 等。
print(len("Hello")) # 使用内置函数 len
5. 作用域的查找顺序（LEGB 规则）
当你在某个作用域内引用一个变量时，Python 会按以下顺序查找该变量：
- 局部作用域（Local）：首先查找当前函数或代码块内的变量。
- 外层作用域（Enclosing）：如果在局部作用域中找不到，查找外层函数的变量。
- 全局作用域（Global）：如果在外层作用域中也找不到，查找全局作用域中的变量。
- 内置作用域（Built-in）：最后，如果都没有找到，Python 会在内置作用域中查找变量。
x = 10 # 全局变量def outer_function():x = 20 # 外层函数的局部变量def inner_function():x = 30 # 内层函数的局部变量print(x) # 这里会输出 30，因为它在局部作用域找到了 xinner_function()outer_function()
示例：
如果我们在内部函数中没有找到变量 x，那么它会向外层作用域查找：
x = 10 # 全局变量def outer_function():x = 20 # 外层函数的局部变量def inner_function():print(x) # 这里会输出 20，因为它在外层作用域找到了 xinner_function()outer_function() # 输出：20
如果在外层作用域也找不到，Python 会去全局作用域查找：
x = 10 # 全局变量def outer_function():def inner_function():print(x) # 这里会输出 10，因为它在全局作用域找到了 xinner_function()outer_function() # 输出：10
3. global 和 nonlocal 关键字
global 关键字
global 用于声明一个全局变量，使得函数内部可以修改外部的全局变量。如果没有 global 关键字，函数内部会创建一个局部变量，而不会影响全局变量。
x = 10 # 全局变量def modify_global():global x # 声明 x 为全局变量x = 20 # 修改全局变量modify_global()
print(x) # 输出：20
nonlocal 关键字
nonlocal 用于声明在嵌套函数中修改外层函数的变量，而不是创建一个新的局部变量。
def outer_function():x = 10 # 外层函数的局部变量def inner_function():nonlocal x # 声明 x 是外层函数的变量x = 20 # 修改外层函数的变量inner_function()print(x) # 输出：20outer_function()
4. 变量作用域与生命周期
变量的作用域决定了它的生命周期，即变量在何时创建，何时销毁。
- 局部变量：在函数执行时创建，函数结束时销毁。
- 全局变量：在程序开始时创建，程序结束时销毁。
- 内置变量：由 Python 解释器管理，通常在程序运行时始终存在。
x = 10 # 全局变量def my_function():y = 5 # 局部变量print(x) # 访问全局变量print(y) # 访问局部变量my_function()
# 在函数执行完后，y 被销毁，但 x 仍然存在于全局作用域
5. 作用域的常见问题及解决方法
1. 作用域混乱导致的变量覆盖
当不同作用域中的变量同名时，可能会导致变量的覆盖，带来不必要的混乱。避免使用相同名称的变量。
x = 10 # 全局变量def my_function():x = 20 # 局部变量，覆盖了全局变量print(x)my_function() # 输出：20
print(x) # 输出：10
2. 局部变量修改全局变量时的误用
如果在函数内部没有使用 global，你可能会错误地修改局部变量，而不是全局变量。
x = 10 # 全局变量def my_function():x = 20 # 仅修改局部变量print(x)my_function() # 输出：20
print(x) # 输出：10
3. 在外层作用域修改变量的误用
如果没有正确使用 nonlocal，可能会导致在嵌套函数中修改外层作用域变量的失败。
def outer_function():x = 10 # 外层变量def inner_function():x = 20 # 创建一个新的局部变量print(x)inner_function() # 输出：20print(x) # 输出：10（外层变量没有被修改）outer_function()
6. 总结
作用域是 Python 编程中的一个重要概念，理解作用域的查找规则（LEGB）能够帮助我们更加高效和清晰地编写代码。通过合理使用局部变量、全局变量、外层变量和内置变量，并理解如何利用 global 和 nonlocal 关键字管理变量的作用域，可以避免许多潜在的错误，增强代码的可读性和可维护性。
